（民航湖南空管分局，湖南長沙 410100）

0.引言

新一代天氣雷達(dá)高時(shí)空分辨率和連續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)方式，使得它在鄰近天氣觀測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警中發(fā)揮著重要的作用。隨著氣象服務(wù)支持系統(tǒng)的逐漸普及推廣，對(duì)天氣雷達(dá)資料的實(shí)時(shí)性要求也越來越高。天氣雷達(dá)與航管雷達(dá)融合顯示系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)引接本場(chǎng)天氣雷達(dá)和氣象局天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料，一旦資料不能及時(shí)更新或者在傳輸和處理中發(fā)生故障而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)都將影響融合顯示系統(tǒng)的正常使用，給飛行安全帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，氣象部門希望建立一套對(duì)天氣雷達(dá)資料實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警的業(yè)務(wù)，進(jìn)一步提高對(duì)空管氣象運(yùn)行的決策服務(wù)能力[1]。

1.項(xiàng)目背景

天氣雷達(dá)與航管雷達(dá)融合顯示系統(tǒng)自從作為氣象支持系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，越來越受到管制員的依賴，而該系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵是保證天氣雷達(dá)拼圖基數(shù)據(jù)資料的實(shí)時(shí)更新，同時(shí)保存完整的天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)資料和二次圖像產(chǎn)品，也方便氣象預(yù)報(bào)員在后期對(duì)復(fù)雜天氣過程進(jìn)行查閱和總結(jié)。

從天氣雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)入到待處理目錄開始，經(jīng)過文件篩選、文件解壓、基數(shù)據(jù)讀取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、空間插值等步驟才能合成該系統(tǒng)的基本圖像產(chǎn)品，融合顯示系統(tǒng)生成產(chǎn)品有著多個(gè)節(jié)點(diǎn)，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不正常工作，為了保障對(duì)天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料的監(jiān)控和處理，設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控軟件對(duì)提高工作效率是具有積極意義的。

2.軟件開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)思路

2.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

目前融合顯示系統(tǒng)從服務(wù)器到工作站均運(yùn)行在windows操作系統(tǒng)下，實(shí)時(shí)資料監(jiān)控功能需要能夠?qū)ξ募M(jìn)行隨機(jī)的偵測(cè)，由于需要監(jiān)控的雷達(dá)站點(diǎn)資料更新比較密集，甚至?xí)霈F(xiàn)同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)同時(shí)更新多個(gè)站點(diǎn)資料的情況，為了保證及時(shí)捕捉到每個(gè)站點(diǎn)資料的實(shí)時(shí)變化，需要一個(gè)基于windows的文件監(jiān)控組件，而C#的File System Watcher控件能夠很好的滿足要求，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)觸發(fā)后的監(jiān)控處理。因此開發(fā)環(huán)境選擇在.Net4.8環(huán)境下使用C#窗體進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)[2]。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程

省氣象局將各市氣象局雷達(dá)基數(shù)據(jù)收集到以后，發(fā)送到ftp服務(wù)器，由融合顯示系統(tǒng)從ftp服務(wù)器下載到本地服務(wù)器，然后經(jīng)過服務(wù)器上的軟件處理后生成需要的雷達(dá)二次圖像產(chǎn)品，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 融合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

融合顯示系統(tǒng)服務(wù)器上通過同步軟件從省局ftp服務(wù)器上下載數(shù)據(jù)到本地硬盤，多數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)雷達(dá)基數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，生成單站雷達(dá)圖像和全省雷達(dá)拼圖圖像，軟件處理過程顯示如圖2所示。

圖2 融合顯示系統(tǒng)雷達(dá)基數(shù)據(jù)處理軟件界面

為了更加清楚地展示融合顯示系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理流程，在圖3中對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行進(jìn)一步解析說明。

圖3 融合顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

3.監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 需求分析

為保證數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)性，應(yīng)對(duì)省局雷達(dá)ftp服務(wù)器和融合系統(tǒng)服務(wù)器上本地基數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目錄進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也應(yīng)對(duì)本場(chǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)服務(wù)器和融合系統(tǒng)服務(wù)器上本地基數(shù)據(jù)生成目錄和進(jìn)行監(jiān)控。

為保證數(shù)據(jù)處理軟件的正常工作，應(yīng)對(duì)融合系統(tǒng)服務(wù)器上圖片生成目錄進(jìn)行監(jiān)控，并與雷達(dá)基數(shù)據(jù)目錄進(jìn)行比較，確保處理軟件無故障。

為保證各終端的正常使用，應(yīng)檢測(cè)融合系統(tǒng)服務(wù)器與各終端是否連接通暢。

除此之外告警應(yīng)具備聲音告警和圖形告警功能，聲音告警又按照嚴(yán)重等級(jí)分為嚴(yán)重告警、一般告警和警告，圖形告警功能應(yīng)具備彈窗告警或者狀態(tài)燈告警。

3.2 功能模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 存儲(chǔ)目錄監(jiān)控設(shè)計(jì)

通過以上需求分析，需要監(jiān)控的目錄一共有4類：（1）ftp服務(wù)器目錄。（2）本場(chǎng)雷達(dá)服務(wù)器目錄。（3）本地服務(wù)器數(shù)據(jù)接收目錄。（4）本地服務(wù)器處理后的產(chǎn)品目錄。系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)上述幾個(gè)目錄數(shù)據(jù)的監(jiān)控功能，軟件通過對(duì)幾個(gè)目錄的監(jiān)控得出對(duì)系統(tǒng)工作情況的結(jié)論。如表1所示。

表1 對(duì)目錄的監(jiān)控情形及相應(yīng)結(jié)論

對(duì)存儲(chǔ)目錄的監(jiān)控設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

圖4 對(duì)存儲(chǔ)目錄監(jiān)控設(shè)計(jì)流程圖

針對(duì)上述要求對(duì)軟件界面的設(shè)計(jì)如圖5所示，監(jiān)控目錄可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，默認(rèn)為監(jiān)控融合系統(tǒng)服務(wù)器相應(yīng)的目錄。監(jiān)控開始后，通過對(duì)勾選的雷達(dá)站進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有文件更新，對(duì)文件名進(jìn)行解析并得出雷達(dá)數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)間，將時(shí)間信息顯示到界面上，同時(shí)可在告警參數(shù)上設(shè)置告警時(shí)間間隔，當(dāng)超過告警時(shí)間后，即認(rèn)為數(shù)據(jù)不正常，根據(jù)表1中的情形對(duì)不正常情況進(jìn)行判斷并得出結(jié)論。同時(shí)對(duì)每個(gè)站點(diǎn)設(shè)立單獨(dú)的狀態(tài)指示燈，以紅色和綠色來表示站點(diǎn)數(shù)據(jù)狀態(tài)。

圖5 存儲(chǔ)目錄監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)界面

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)連通性監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

融合系統(tǒng)與各服務(wù)器和各終端均通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，且數(shù)量較多，與某一臺(tái)終端的網(wǎng)絡(luò)中斷不易察覺，實(shí)時(shí)監(jiān)控顯得很有必要。網(wǎng)絡(luò)連通性檢測(cè)主要是對(duì)與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的工作站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通檢測(cè)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用多線程處理方式，每個(gè)被監(jiān)控終端單獨(dú)占用一個(gè)線程，互不干擾。設(shè)計(jì)界面如圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)連通性檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

3.2.3 告警模塊設(shè)計(jì)

告警即對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果按照不同的等級(jí)進(jìn)行不同的告警，在對(duì)存儲(chǔ)目錄的監(jiān)控中，當(dāng)偶爾出現(xiàn)一次告警，則進(jìn)行輕微語音提示，當(dāng)某一個(gè)站點(diǎn)連續(xù)出現(xiàn)二次以上告警，則連續(xù)進(jìn)行語音提示，當(dāng)所有站點(diǎn)連續(xù)出現(xiàn)告警，則進(jìn)行警報(bào)聲提示，同時(shí)彈出告警對(duì)話框提示對(duì)故障的判斷結(jié)果。

同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和連接狀態(tài)以狀態(tài)燈來指示，紅色代表告警，綠色代表正常。

4.統(tǒng)性能測(cè)試與優(yōu)化

對(duì)融合系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)按照上述分析和設(shè)計(jì)，主要有3大模塊，結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 融合系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行連續(xù)測(cè)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控結(jié)果顯示與結(jié)果判斷及告警之間會(huì)有沖突，當(dāng)狀態(tài)燈點(diǎn)亮?xí)r又要進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控處理可能會(huì)造成線程的紊亂，為了解決這一問題采用代理方法來實(shí)現(xiàn)跨線程訪問頁面控件。InvokeRequired是為了解決這個(gè)問題而產(chǎn)生的,當(dāng)一個(gè)控件的InvokeRequired屬性值為真時(shí)，說明有一個(gè)創(chuàng)建它以外的線程想訪問它，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)托管調(diào)用來完成剩下的步驟。部分核心代碼如下所示：

經(jīng)過優(yōu)化后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，軟件能夠長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行且極少發(fā)生錯(cuò)誤，為了方便對(duì)監(jiān)控結(jié)果和異常情況的查看，增加了日志功能，按照日期為單位記錄當(dāng)天的監(jiān)控結(jié)果和異常情況，完善了系統(tǒng)的功能性。

5.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理

監(jiān)控系統(tǒng)基本上滿足了業(yè)務(wù)需求，能夠較好的完成實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)，進(jìn)一步提升了設(shè)備維護(hù)人員對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要，提高了設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行的程度。由于融合系統(tǒng)收集的雷達(dá)基數(shù)據(jù)在氣象人員分析天氣過程中的重要作用，但是對(duì)雷達(dá)基數(shù)據(jù)以及二次產(chǎn)品進(jìn)行管理目前較為欠缺，管理分散，效率不高，因此有必要搭建資料管理和共享服務(wù)系統(tǒng)。

5.1 數(shù)據(jù)管理策略

（1）多普勒天氣雷達(dá)的基數(shù)據(jù)每6min生成一次，雷達(dá)數(shù)據(jù)源共有10部雷達(dá)，對(duì)每部雷達(dá)單獨(dú)建立一個(gè)文件夾存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）由于雷達(dá)的基數(shù)據(jù)為二進(jìn)制格式，需要專業(yè)的軟件才能夠讀取其中的有用信息，因此對(duì)通過軟件處理后得到的雷達(dá)圖像資料也應(yīng)該單獨(dú)保存。

（3）為了便于資料的共享使用，應(yīng)提供按站點(diǎn)和按時(shí)間2種檢索方式。

5.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

基于多普勒雷達(dá)資料的特點(diǎn)，采用C/S的方式對(duì)雷達(dá)資料進(jìn)行開發(fā)。為了便于管理，本系統(tǒng)按時(shí)間劃分為實(shí)時(shí)資料和歷史資料2部分進(jìn)行管理。（1）實(shí)時(shí)資料庫包含。7d內(nèi)的雷達(dá)體掃的基數(shù)據(jù)文件；7d內(nèi)的雷達(dá)二次產(chǎn)品和圖像。（2）歷史資料庫包含。超過7d按照日期分類雷達(dá)體掃的基數(shù)據(jù)文件；超過7d按照日期分類雷達(dá)二次產(chǎn)品和圖像。圖8為資料管理結(jié)構(gòu)和處理流程圖。

圖8 資料管理結(jié)構(gòu)和處理流程圖

存儲(chǔ)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的初步管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和入庫，提高了檢索數(shù)據(jù)的效率。

6.結(jié)語

天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)資料監(jiān)控軟件的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了對(duì)天氣雷達(dá)資料和天氣雷達(dá)終端的自動(dòng)檢查和故障排查，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)管理，提高了存儲(chǔ)和檢索效率，系統(tǒng)于2020年4月投入運(yùn)行以來，運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)保障飛行安全發(fā)揮了較為積極的作用。